第一章原子排列與晶體結構
1. [110]， (111)， abcabc…， 0.74 ， 12 , 4 ， ； [111]， (110) , 0.
68 , 8 , 20001) ， abab ， 0.74 ， 12 ， 6 ， 。
2. 0.01659nm3 ， 4 ， 8 。
3. fcc ， bcc ，減少 ，降低 ，膨脹 ，收縮 。
4. 解答：見圖1－1
5. 解答：設所決定的晶面為（hkl），晶面指數與面上的直線[uvw]之間有hu+kv+lw=0，故有：
h+k-l=0,2h-l=0。可以求得（hkl）＝（112）。
6 解答：pb為fcc結構，原子半徑r與點陣常數a的關係為，故可求得a＝0.4949×10-6mm。
則（100）平面的面積s＝a2＝0.244926011×0-12mm2，每個（100）面上的原子個數為2。
所以1 mm2上的原子個數＝4.08×1012。
第二章合金相結構
一、 填空
1） 提高，降低，變差，變大。
2） （1）晶體結構；（2）元素之間電負性差；（3）電子濃度 ；（4）元素之間尺寸差別
3） 存在溶質原子偏聚和短程有序 。
4） 置換固溶體和間隙固溶體 。
5） 提高 ，降低 ，降低 。
6） 溶質原子溶入點陣原子溶入溶劑點陣間隙中形成的固溶體，非金屬原子與金屬原子半徑的比值大於0.59時形成的複雜結構的化合物。
二、 問答
1、 解答： -fe 為bcc結構，致密度雖然較小，但是它的間隙數目多且分散，間隙半徑很小，四面體間隙半徑為0.291ra，即r＝0.
0361nm，八面體間隙半徑為0.154ra，即r＝0.0191nm。
氫，氮，碳，硼由於與-fe的尺寸差別較大，在-fe中形成間隙固溶體，固溶度很小。-fe的八面體間隙的[110]方向r=0.633 ra，間隙元素溶入時只引起乙個方向上的點陣畸變，故多數處於-fe的八面體間隙中心。
b原子較大，有時以置換方式溶入-fe。
由於-fe為fcc結構，間隙數目少，間隙半徑大，四面體間隙半徑為0.225 ra，即r＝0.028nm，八面體間隙半徑為0.
414 ra，即r＝0.0522nm。氫，氮，碳，硼在-fe 中也是形成間隙固溶體，其固溶度大於在-fe中的固溶度，氫，氮，碳，硼處於-fe的八面體間隙中心。
2、簡答：異類原子之間的結合力大於同類原子之間結合力；合金成分符合一定化學式；低於臨界溫度（有序化溫度）。
第三章純金屬的凝固
1. 填空
1. 結構和能量。
2 表面，體積自由能 ,，。
3 晶核長大時固液介面的過冷度。
4 減少，越大，細小。
5. 快速冷卻。
二、 問答
1 解答： 凝固的基本過程為形核和長大，形核需要能量和結構條件，形核和長大需要過冷度。細化晶粒的基本途徑可以通過加大過冷度，加入形核劑，振動或攪拌。
2 解答： 根據金屬結晶過程的形核和長大理論以及鑄錠的散熱過程，可以得出通常鑄錠組織的特點為最外層為細小等軸晶，靠內為柱狀晶，最內層為粗大等軸晶。
3 解答： 液態金屬結晶時，均勻形核時臨界晶核半徑rk與過冷度t關係為，臨界形核功gk等於。異質形核時固相質點可作為晶核長大，其臨界形核功較小，，θ為液相與非均勻形核核心的潤濕角。
形核率與過冷度的關係為： ，其中n為形核率，c為常數，δga、δgk分別表示形核時原子擴散啟用能和臨界形核功。在通常工業凝固條件下形核率隨過冷度增大而增大。
4 解答： 在金屬凝固時，可以近似認為lm=hm,根據均勻形核時臨界晶核半徑rk與過冷度t關係為，可以計算得到r＝0.79×10－7cm＝0.79nm。
5： 解答： 過冷是指金屬結晶時實際結晶溫度tn比理論結晶溫度tm低的現象。
過冷度δt指tm與tn的差值。動態過冷度指晶核長大時的過冷度。金屬形核和長大都需要過冷，過冷度增大通常使形核半徑、形核功減少，形核過程容易，形核率增加，晶粒細化。
6 解答： 冷卻速度極大影響金屬凝固後的組織。冷卻快一般過冷度大，使形核半徑、形核功減少，形核過程容易，形核率增加，晶粒細化，冷卻非常快時可以得到非晶，在一般工業條件下快速冷卻可以得到亞穩相。
7、 解答： 純金屬凝固時
潤濕角θ＝0°，形核功為0，固相粒子促進形核效果最好；
潤濕角θ＝180°，異質形核功等於均勻形核功，固相粒子對形核無促進作用；
潤濕角0°<θ<180°，形核功比均勻形核的形核功小，θ越小，固相粒子促進形核效果越好。
雜質顆粒的晶體結構與晶核相同或相近時，促進形核效果好，當兩者結構不相同時，一般對促進形核效果差或不促進形核。
雜質粒子的表面成凹形時，促進形核效果好，成平面狀時次之，凸形時最差。
第四章二元合金相圖與合金凝固
一、填空
1. 成分
2. 光滑介面 ,粗糙介面
3. 垂直長大機制，二維平面長大 , 依靠晶體缺陷長大
4 枝晶 ，均勻化退火
5 平直狀 ， 樹枝 。
6. _偽共晶_。
7 ， 1 。
8. 共晶 ， 熔晶 ， 偏析 ，包析
9 0.0218% ， 4.3% ； p 和 fe3c ； fcc， 間隙 ， 間隙固溶體 ， bcc ， 2.
11% ； 0.77 ， 珠光體和滲碳體 ； 4.3% ； p+f， p+fe3c ， ld ， a+ fe3c ， p+fe3c +fe3cii ， 液相 ， a ， f ， 6.
69 ， 硬、脆 ， p 。
2 問答
1 解答： 1）見圖中標註。兩相區由相鄰的兩個單相區所構成。水平線代表三相區，見3）中的恆溫反應式。
2）穩定化合物為δ、ε，不穩定化合物為β、γ。
3）1455℃，l＋δ－ε，包晶反應；
1387℃，l－ε＋ni，共晶反應；
1135℃，l＋δ－γ，包晶反應；
855℃，l＋γ－β，包晶反應；
640℃，l－al＋β，共晶反應；
4）ni 30%(重量)的合金在平衡冷卻時的相變過程：l－γ；855℃，l＋γ－β，包晶反應；l－β；640℃，l－al＋β，共晶反應；
室溫下相組成為al＋β，,β=1-al%=71.4%。
室溫下組織組成為β+(al＋β)共晶，，，(al＋β)共晶=1-β%=28.6%。
5）含ni89%（重量）的ni-al合金其平衡凝固時室溫組織為ni和ni中析出的ε，非平衡凝固後會出現非平衡共晶組織，即為ni和少量的1387℃反應生成的l－（ε＋ni）共晶。
6）x合金平衡凝固完畢時的組織初晶佔80%，則(+)共晶＝20％，設此合金中ni組元的含量是x，,可以求得x＝0.01%。
7）1500 時al-ni合金系的自由能—成分曲線示意圖如圖。
2 解答： 1）相晶體結構與cu的結構保持一致，為fcc結構；
2）共晶反應前的平衡分配係數；
3) cu-13.47%sn合金在正常條件下凝固後，由於固相平均成分線相對於固相線下移，在合金凝固過程中剩餘少量液相出現非平衡結晶，發生包晶反應而出現少量相。這些少量相可以通過均勻化退火消除。
4）cu-70%sn合金平衡凝固過程為l－ε，l92.4+ε38.2—η59.0，l—η，l99.3—η60.9+（sn），η－
共晶反應剛完畢時相組成物為η+（sn），組織組成物為η+（η+sn）共晶。
相組成物的相對含量為：
和組織組成物的相對含量：（η+sn）共晶％＝1－η％＝23.7％。
5）合金在450℃時各相自由能---成分曲線示意圖如圖所示。
3 解答： 1）相區填寫如圖所示。相圖中各等溫反應如下：
935℃：l+β（y）—ε；780℃：l+ε—δ；776℃：β（y）—ε＋α（y）；
635℃：l+ε—γ； 557℃：l—（mg）＋γ。
y=5%wt時的合金k在室溫時的平衡組織為（mg）固溶體。
2）mg為hcp結構，因為r＝a/2，乙個hcp晶胞中有6個原子，設，則致密度為
3）提高合金k強度的可能方法有細化晶粒，加工硬化。
4）y=10%wt之合金可能的強化方法有細化晶粒，加工硬化和固溶時效。
4 解答： 相同點：均需要形核與長大，形核要滿足一定熱力學條件，形成一定臨界晶核半徑，即需要能量起伏和結構起伏。
不同點：固溶體合金形核除需要能量起伏和結構起伏外，還需要成分起伏，非平衡結晶時產生偏析，一般會產生成分過冷，凝固過程是在乙個溫度區間進行，而純金屬凝固在等溫進行。
5 解答： 1）fe3cii含量最多的合金、珠光體含量最多的合金、萊氏體含量最多的合金的合金成分分別為含碳量2.11%，0.77%，4.3%。
2）二元系中比較適合做變形合金和合金為單相固溶體，適合作為鑄造合金的成分範圍為含有較多共晶體的合金。故在含碳量小於2.11%的合金可以經過加熱得到單相合金適合作為變形合金，含碳量大於4.
3％的合金有共晶反應適合作為鑄造合金。
3）提高壓力加工合金的強度的方法主要有加工硬化，合金元素固溶產生的固溶強化，細化晶粒強化，熱處理強化，第二相強化，瀰散質點的瀰散強化。
4）平衡反應的成分及溫度，反應式為
1495℃，l0.53＋δ0.09－a0.17，包晶反應；
1148℃，l4.3－a2.11＋fe3c，共晶反應；
727℃，a0.77－f0.0218+fe3c，共析反應；
5）凝固過程：935℃：l—γ，γ—fe3cⅱ，γ—f＋fe3cⅱ（p）
室溫下相組成為f＋fe3cⅱ，其中；室溫下組織組成為p＋fe3cⅱ，其中，fe3cⅱ％＝1－p％＝1.9%。
6）亞穩轉變後組織為p＋fe3cⅱ，淬火冷卻後c在fe中形成過飽和固溶體（馬氏體相變）。
7) 三種鋼在給定溫度下的顯微組織如表。
8）1200℃時各相的自由能---成分曲線示意圖如圖。
6： 解答： 1）ⅱ合金的平衡冷卻曲線和組織如圖；室溫下相組成物為α＋β，其中，β＝1－α％＝88.2%，組織組成為β＋（α＋β）共晶，
，（α＋β）共晶％＝1－β％＝25％；
2） ⅰ合金在平衡凝固時室溫組織為α＋βⅱ，工業條件冷卻時出現少量非平衡共晶組織，室溫組織為α＋βⅱ＋少量（α＋β）共晶。
3） 可以根據相圖估計，在共晶溫度下盡可能高的溫度進行退火。
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